Свойства объектов регулирования
Объект регулирования является главным звеном системы САР. Его свойства (статические и динамические характеристики) влияют на характер регулирования.
Ёмкость объекта – это способность его накапливать (аккумулировать) вещество или энергию. По числу емкостей объекты бывают:
1. одноёмкостные – они способны накапливать один вид энергии или вещества (например, - бак с водой):
2. многоёмкостные – характеризуются наличием нескольких емкостей.
Способность объекта после возникающего в нём нарушения постоянной величины переходить самостоятельно, без регулятора, в новое установившееся равновесное состояние называется самовыравниванием.
Количественно самовыравнивание объекта определяется коэффициентом самовыравнивания. В зависимости от коэффициента самовыравнивания r объекты делятся на:
1. устойчивые (статические) –
r> 0- они обладают свойством самовыравнивания;
2. нейтральные (астатические) – r= 0 – у них самовыравнивание отсутствует.
Запаздывание объекта – это задержка во времени выходной величины.
Регуляторы системы «СТАРТ»
СТАРТ - система автоматических регуляторов. В нее входят построенные на элементах УСЭППА пневматические регуляторы, а также показывающие и самопишущие вторичные приборы.
УСЭППА - универсальная система элементов промышленной пневмоавтоматики.
Условные обозначения элементов в пневматических схемах
Основные элементы УСЭППА
УСЭППА - построена на элементном принципе и представляет собой набор элементов, каждый из которых предназначен для выполнения простейших операций над входными сигналами (сравнение, запоминание, повторение, суммирование и т. д.).
Элементы выполнены из квадратных секций, между которыми расположены резино-тканевые мембраны.
Дроссели - предназначены для ограничения или изменения протекающего через них воздуха. Различают: постоянный дроссель (нерегулируемый) и переменный (регулируемый).
Постоянный дроссель - представляет собой капилляр длиной 20 мм и диаметром 0,18 или 0,3 мм.
Большое отношение l к d капилляра обеспечивает ламинарный режим течения воздуха.
Переменный дроссель - обычно выполняется по схеме «конус»- «конус»
Его настраивают поворотом винта, связанного с внутренним конусом.
Пневмоемкость - предназначена для накопления сжатого воздуха. Объем ее приблизительно равен 50 см3.
Элементы сравнения
Бывают двух типов: трех и пяти мембранные.
1. Трех мембранный элемент сравнения - предназначен для сравнения двух входныхсигналов. Он формирует на выходе дискретные сигналы «0» или «1».
А. Б, В, Г - камеры, С1, С2 - сопла
а) При Р1 больше Р2 результирующая сила будет направлена вниз, и блок мембран опустится. Сопло С2 закроется и перекроет выход в атмосферу, а сопло С1 откроется, и на выходе сформируется сигнал, равный «1».
б) При Р1 меньше Р2 мембранный блок поднимется вверх, сопло С1 закроется, и прекратится подача воздуха питания, а сопло С2 откроется, и линия выхода сообщается с атмосферой. При этом на
выходе сформируется сигнал, равный «0».
2. Пяти мембранный элемент сравнения предназначен для непрерывного сравнения до 4-х пневматических сигналов, поступающих от датчиков, и получения на выходе дискретного сигнала «0» или «1». Представляет собой пневмо-реле и отрабатывает зависимость:
Рвьх=1 при Р1+Р3>Р2+Р4
Рвых=0 при Р1+Рз<Р2+Р4
3. Задатчик
Предназначен для ручной установки заданного сигнала.
Устройство:
А, Б – камеры;
1 - настроечный винт;
2 – пружина;
3 – мембрана;
4 – сопло.
Установка заданного значения Рвых производится при помощи настроечного винта 1, при повороте которого изменяется натяжение пружины 2 и положение заслонки относительно сопла 4.
Усилитель мощности
Предназначен для выдачи пневмосигнала, усиленного по мощности.
Устройство:
1, 4-мембраны;
2 – шток;
3 - шариковый клапан.
Выключающее реле
Предназначено для отключения и переключения входных сигналов при подаче на него командного дискретного сигнала Рком = 0 или Рком = 1.
При Рком = 0 мембранный блок под действием пружины опустится вниз, сопло С2 закроется, а сопло С1 откроется, и сигнал P1 проходит на выход реле.
При Рком = 1 мембранный блок поднимется вверх, сопло С2 откроется, а сопло C1 закроется, и на выход реле проходит сигнал Р2.
В регуляторах реле при подаче Рком = 1 запирает выходной сигнал регулятора, а Рком = 0 сообщает выход регулятора с регулирующим клапаном.
Комплекс «СТАРТ»
Регуляторы «СТАРТ» имеют блочную конструкцию. Элементы УСЭППА монтируют в блоках на платах из оргстекла. Связь между элементами осуществляется через каналы в платах. Элементы подсоединяются к выходным штуцерам регуляторов гибкими трубками.
Позиционный регулятор типа ПР1.5
ПР1.5 является устройством двухпозиционного действия предназначен для получения на выходе дискретных сигналов 0 или 1 при отклонении Рвх от Рзад.
Устройство:
1 - задатчик;
2- постоянный дроссель;
3- манометр;
4- переключатель;
5- Зх - мембранный ЭС;
6- усилитель мощности.
Действие регулятора ПР1.5 основано на сравнении Рвх, поступающего от измерительного прибора, и давления Рзад, устанавливаемого задатчиком, встроенным в прибор.
Регулятор можно настраивать на «max" и «min" поворотом диска переключателя 4.
1) При настройке на «min": давление Рзад, устанавливаемое задатчиком 1, подводится к камере В, а Рвх- к камере Б. Пока Рвх > Рзад, сопло C1 закрыто, и сигнал на выходе ЭС=0. Как только Рвх станет < Рзад, сопло С1 откроется, и на выходе Рвых станет равным 1.
2) При настройке на «max»: Рвх подается в камеру В-ЭС, а Рзад - в камеру Б. Если Рвх < Рзад, сопло С1 закрыто, а сигнал на выходе равен 0. При Рвх> Рзад сопло С1 открывается, и Рвых равно 1.
Требуемая величина Рзад достигается вращением винта задатчика. Рвых усиливается усилителем мощности 6.
Пропорциональный регулятор типа ПР2.5
ПР2.5 предназначен для автоматического поддержания регулируемого параметра на заданном уровне в результате отработки непрерывного пропорционального регулирующего воздействия, посылаемого на регулирующий клапан.
Закон регулирования регулятора ПР2.5:
Рвых=к(Рпер-Рзад)+Рн,
где к- коэффициент пропорциональности; К= 1 /δ*100% δ-предел пропорциональности (в%)-настроечный параметр регулятора;
Рн- давление настройки.
Предел пропорциональности δ настраивается регулируемым дросселем 3.
δ=5 - 3000%.
К можно варьировать в пределах от 0,03 до 20 при изменении степени открытия дросселя 3.
РАБОТА
Давление от датчика Рпер подводится в камеру Г-ЭС(1), давление Рзад от задатчика, расположенного на вторичном приборе, подводится в камеру В. Камеры Б и Д ЭС(1) являются, соответственно, камерами ООС и ПОС.
ООС- отрицательная обратная связь;
ПОС- положительная обратная связь.
Посредством задатчика 2 в камеры Д ЭС(1) и ЭС(5) подводится Рн.
При Рпер=Рзад Рвых=Рн
1. Если Рпер>Рзад, то сопло C1- ЭС(1) прикроется, и выходное давление P1 уменьшится. Давление в камере Б- ЭС(5) понизится, шток переместится вниз, и давление на выходе ЭС(5) начнет расти.
Это будет происходить до тех пор, пока воздух из выходной линии, перетекая через постоянный дроссель 4 в камеру Б, не зфавновесит давление в камере Д. В результате давление на выходе регулятора повысится.
2, При Рпер<Рзад всё происходит в обратном порядке, и Рвых понижается.
Выключающее реле служит для отключения регулятора (при переходе на ручное управление). Это осуществляется подачей Рком=1 в камеру В7. При этом сопло С2 закрывается, а сопло C1 заглушено.
Автоколебания,возникающие при нарушении схемы равновесия, затормаживаются постоянным дросселем ПД
Пропорционально - интегральный регулятор типа ПР3.21
ПР3.21. предназначен для автоматического поддержания регулируемого параметра на заданной величине, что достигается отработкой непрерывного пропорционально - интегрального регулирующего воздействия, посылаемого на регулирующий клапан.
Регулятор состоит из пропорционального и интегрального звеньев. Закон регулирования ПИ - регулятора:
Рвых = К (Рпер - Рзад) + 1/Ти (Рпер-Рзад) dt,
где К – коэффициент пропорциональности К =1/δ*100%,
Ти-время интегрирования (время изодрома).
δ, Ти - настроечные параметры регулятора, их настраивают дросселями ДД и 2.
Устройство: 1,4,6 - пятимембранные ЭС; 2 - дроссель настройки Ти; 3 -пневмоёмкость; 5 -постоянный дроссель; 7 - усилитель мощности; 8 - выключающее реле; 9 - дроссельный сумматор; ПД - постоянный дроссель; ДД - дроссель настройки предела пропорциональности.
Элементы 4,6,7,9 формирует пропорциональную составляющую, а 1,2,3 -интегральную составляющую регулирующего воздействия регулятора.
Работа: Рпер от датчика подводится к камере Г- ЭС (4) для отработки пропорциональной составляющей и одновременно к камере Д- ЭС (1) -для отработки интегральной составляющей регулятора.
Давление Рзад подаётся к камере В- ЭС (4) и Б- ЭС (1).
Если Рпер=Рзад, то мембранные узлы элементов 1,4,6, находятся в равновесии, и давление на выходе регулятора не изменяется.
Работа пропорциональной части:
Элементы 4,6,7,9 формируют пропорциональную составляющую регулятора.
1. Если Рпер > Рзад, то сопло C1- ЭС (4) прикроется, и выходное давление P1 уменьшится. Давление в камере Б- ЭС (6) понизится, шток переместится вниз, и давление на выходе ЭС (6) начнёт расти. Это будет происходить до тех пор, пока воздух из выходной линии, перетекая через дроссель 5 в камеру Б, не уравновесит давление в камере Д. В результате давление на выходе регулятора Рвых повысится.
2. При Рпер < Рзад всё происходит в обратном порядке,и Рвых понижается.
Работа интегральной части:
Элементы 1,2,3 формируют интегральную составляющую. Мембранный шток ЭС (1) перемещается вниз, и давление Р2 на его выходе возрастает. При этом постепенно будет повышаться давление Ри за дросселем 2, скорость изменения которого зависит от степени открытия дросселя 2 и объёма ёмкости 3. В результате отрабатывается интегральная составляющая Ри.
Давление Ри, возрастая, приведёт в действие ЭС(4) и ЭС (6), и давление на выходе регулятора под действием интегральной составляющей будет повышаться.
Время интегрирования регулятора настраивается дросселем 2. При закрытом дросселе 2 время интегрирования достигает максимального значения (Ти = со), и регулятор превращается в пропорциональный. При полностью открытом дросселе 2 время интегрирования регулятора минимально,
δ= 5 - 3000%; Ти=3 сек - 100 мин
Выключающее реле служит для выключения и включения регулятора при переходе на ручное управление и обратно.
1,4,6 – пяти мембранный Эс
2- дроссель Времени интегрирования
ПД – постоянный дроссель
3-пневмоемкость
ДД – дроссель настройки предела пропорцианальности.
5-постоянный дроссель
7-усилитель мощности